[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz elektrisch beheizter Vakuumöfen
nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.
[0002] Wärmebehandlungsöfen, bei welchen sich die Heizung innerhalb der Vakuumkammer befindet,
sind mit speziellen elektrischen Durchführungen versehen, die der Übertragung von
Strom zu den Heizelementen in der Vakuumkammer dienen. Diese Durchführungen müssen
hohen Anforderungen genügen, welche durch extreme Betriebsbedingungen, wie z.B. hohe
Ströme, hohe Temperaturen, Dichtheit, Vakuumtauglichkeit und Beständigkeit gegen hohen
Druck (z.B. bei Drucksinteröfen), bedingt sind.
[0003] Durch mechanische Unregelmäßigkeiten, wie z.B. Schäden in der Isolationskeramik und
Verschmutzung im Stutzendurchgang oder durch Überspannung, kann es in oder in der
Nähe einer solchen Durchführung zum elektrischen Durchbruch der isolierenden Gasstrecke
kommen. Es handelt sich dann um eine Gasentladung, welche durch einen Hochfrequenzfunken,
der jedoch nur während eines Zeitraumes von einigen Millisekunden ansteht, eingeleitet
wird und dann in einem Lichtbogen weiterbesteht.
[0004] Während der Gasentladung in Form eines Lichtbogens findet ein Materialtransport statt.
Dadurch werden einerseits Bauteile, zwischen denen die Gasentladung abläuft, durch
Materialabtrag geschwächt, so daß es zum Bruch kommen kann, was einer teilweisen Zerstörung
der Durchführung gleich kommt. Andererseits stellen das abgetragene Material und eventuelle
Bruchstücke von Teilen der Durchführung oder ihre Umgebung eine Gefahr für die gesamte
Anlage sowie ein Störfaktor für das durchzuführende Verfahren dar.
[0005] Da eine solche Gasentladung trotz aller Gegenmaßnahmen nicht grundsätzlich verhindert
werden kann, wäre es von großem Vorteil, sie wenigstens nachweisen zu können. Ein
Nachweis bei geschlossenem Ofen während eines Verfahrens ist jedoch sehr schwierig.
Die Hochfrequenzüberwachung ist insofern problematisch, als der hochfrequente Funke
nur während eines Zeitraumes von einigen Millisekunden oder weniger ansteht. Danach
geht die Entladung in einen Lichtbogen über, welcher mit Hochfrequenz nicht mehr zu
erkennen ist. Ein Nachweis über den Isolationswiderstand während dieser Phase ist
nur sehr schwer durchführbar, da der Isolationswiderstand zwischen Heizung und anderen
Einbauten, welche zum Teil aus Graphitfilz bestehen, niederohmig ist und außerdem
der Messung stets die Heizspannung überlagert ist.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu entwickeln, mit welcher
es möglich ist, eine Gasentladung innerhalb eines elektrisch beheizten Vakuumofens
nachzuweisen, um daraus die entsprechenden Maßnahmen, wie z.B. Abschalten der Heizleistung,
zum Schutze der Anlage abzuleiten.
[0007] Die Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches
dadurch gelöst, daß um die Isolation der Stromdurchführung eine Hilfselektrode angebracht
ist. Diese muß elektrisch isoliert sein und kann zum Beispiel die Form einer Spirale,
eines Drahtgewebes oder eines Blechrohres haben. Damit führt eine Gasentladung zwischen
Stromdurchführung und Kesselwand zu einem einfach nachweisbaren Kurzschluß zwischen
Hilfselektrode und Kesselwand, der mit handelsüblichebn eigensicheren Widerstandsmeßgeräten
nachgewiesen und zu einem Schaltsignal verarbeitet werden kann, infolgedessen durch
Abschalten der Heizleistung auch der Lichtbogen abgeschaltet wird.
[0008] Eine weitere Möglichkeit zum Nachweis einer Gasentladung besteht darin, daß um die
Keramikisolation der Stromdurchführung ein Thermoelement gewickelt ist. Wird das Thermoelement
durch den Lichtbogen durchgebrannt so wird an dieser Stelle entweder der Meßkreis
geöffnet, oder es entsteht eine neue Verbindung beider Thermoelementschenkel, die
im Moment des Entstehens eine große EMK, entsprechend der hohen Temperatur an der
neuen Schweißperle abgibt.
[0009] Beide Ereignisse, offener Meßkreis oder hohe Temperatur, sind durch handelsübliche,
eigensichere Schwellwertschaltgeräte für Thermoelemente sicher nachweisbar, so daß
bei der Alarmauslösung durch das Meßgerät sofort die Heizleistung abgeschaltet werden
kann, wodurch auch der Lichtbogen erlischt. Aus mechanischen Gründen ist der Einsatz
eines metallgemantelten Thermoelementes empfehlenswert.
[0010] In der einzigen Abbildung ist die Erfindung näher dargestellt.
[0011] An der Kesselwand 1 eines Vakuumofens ist ein Flansch 2 angebracht, welcher mit der
elektrischen Durchführung 3, im folgenden auch Elektrode genannt, versehen ist. Diese
kann zum Beispiel aus Kupfer oder Graphit bestehen. Es ist auch ein Aufbau aus einer
Kombination mehrerer Werkstoffe möglich. Die Elektrode leitet den elektrischen Strom
zu Heizelementen 4 innerhalb der Vakuumkammer 5. Sie ist von einer Isolation 6 umgeben,
welche zum Beispiel aus Keramik besteht. Um diese Isolaton herum ist eine Hilfselektrode
7 angebracht, welche im dargestellten Beispiel die Form einer Spirale hat.
[0012] Anstelle der Hilfselektrode 7 kann die Isolation 6 auch von einem Thermoelement 7
umgeben sein. Die Darstellungsweise ist in der Abbildung die gleiche.
[0013] Mit Hilfe der Durchführung 8 wird die Hilfselektrode oder das Thermoelement elektrisch
isoliert aus dem Kesselraum herausgeführt und mit der Abschaltelektronik 9 verbunden.
1. Einrichtung zum Schutz elektrisch beheizter Vakuumöfen, welche mit Durchführungen
(3) versehen sind, die zur Übertragung von elektrischem Strom zu Heizelementen (4)
in der Vakuumkammer (5) dienen, wobei die Durchführungen (3) jeweils von einer Isolation
(6) umgeben sind, welche vorzugsweise aus keramischem Material besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolation (6) von einer elektrisch isoliert eingebauten Hilfselektrode (7)
umgeben ist und eine Abschaltelektronik (9) für die Heizleistung vorhanden ist, welche
durch ein Signal betätigt wird, das bei Entstehen eines Lichtbogens zwischen der Durchführung
(3) und der Kesselwand (1) durch den dadurch absinkenden Widerstand zwischen Hilfselektrode
(7) und Kesselwand (1) hervorgerufen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode in
Form einer Spirale um die Isolation gewickelt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode die
Form eines Drahtgewebes aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode die
Form eines Metallrohres aufweist.
5. Einrichtung zum Schutz elektrisch beheizter Vakuumöfen, welche mit Durchführungen
(3) versehen sind, die zur Übertragung von elektrischem Strom zu Heizelementen (4)
in der Vakuumkammer (5) dienen, wobei die Durchführungen (3) jeweils von einer Isolation
(6) umgeben sind, welche vorzugsweise aus keramischem Material besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolation (6) von einem Thermoelement umgeben ist und eine Abschaltelektronik
(9) vorhanden ist, welche bei Übertemperaturanzeige des Thermoelementes oder nach
Durchbrennen des Thermoelementes betätigt wird.
